Izmiršanas izgudrojums

Katru gadu malārija nogalina pusmiljonu cilvēku, galvenokārt bērnus tropiskajā Āfrikā. Cenu zīme slimības izskaušanai tiek lēsta vairāk nekā 100 miljardu USD apmērā 15 gadu laikā. Lai to izdarītu, jums ir nepieciešami gultas tīkli visiem, desmitiem tūkstošu kastu ar pretmalārijas zālēm un miljoniem galonu insekticīdu. Bet tas prasītu vairāk nekā lietas. Jums būtu vajadzīgas lietas, kuru nav nabadzīgākajās pasaules valstīs, piemēram, spēcīgas valdības, pirktspēja un funkcionējošas valsts veselības sistēmas. Tātad malārija turpina nogalināt.

Bet kā būtu, ja tā vietā būtu nepieciešams tikai spainis, kas pilns ar odiem?

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2016. gada maija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Es redzēju šādu izgudrojumu Londonas Imperiālajā koledžā. Kāds students mani ieveda pa tērauda durvīm, zem spēcīgas gaisa brāzmas, mitrā telpā, kas uzkarsēta līdz 83 °F. Aiz stikla odi pieķērās mazu būrīšu sānos, kas bija pārklāti ar baltu tīklu. Brīdinājuma zīme lasīja: ŠĪ KUBIKU MĀJAS GĒNU DZIED GM ODUS. Tā turpināja brīdināt, ka kukaiņu DNS satur ģenētisku elementu, kas spēj izplatīties nesamērīgi lielā ātrumā.

Gēnu dzinulis ir mākslīgs savtīgs gēns, kas spēj piespiest sevi 99 procentiem organisma pēcnācēju, nevis parasto pusi. Un tā kā šis konkrētais gēns liek odu mātītēm kļūt sterilām, aptuveni 11 paaudžu laikā vai aptuveni viena gada laikā tā izplatība nolemtu jebkuru odu populāciju. Ja tehnoloģija nonāks laukā, tā varētu izraisīt malārijas odu izzušanu un, iespējams, apturēt slimības pārnešanu.

Anopheles gambiae odi. Suga izplata malāriju Āfrikā.

Odi, kurus es redzēju, tika izveidoti kā daļa no Target Malaria — projekta, ko vada Imperial College un kas ir klusi paplašinājies, iesaistot 16 iestādes un ietver komandas Itālijā un trīs Āfrikas valstīs, Mali, Burkinafaso un Ugandā, kur pašlaik ir drošas moskītu telpas. tiek aprīkots. Tās darbu finansē Microsoft miljardiera Bila Geitsa veselības fonds Sietlā. Kāda amatpersona sacīja, ka fonds tagad uzskata, ka malārijas izbeigšanai nepieciešami gēnu virzieni, un prognozē, ka tehnoloģija būs gatava vairākus gadus pirms efektīvas vakcīnas. Saskaņā ar Geitsa fondam izstrādāto biznesa plānu pašiznīcinošie odi varētu tikt atbrīvoti 2029. gadā.

Plāns ir izklīst Anopheles gambiae odi, kas satur savtīgus gēnus visā Subsahāras Āfrikā. Gēnu piedziņa var izplatīties pa milzīgu teritoriju, izraisot odu izzušanu un bloķējot malāriju izraisošā parazīta pārnešanu. Malārija ir nabadzības, nestabilitātes un politiskās gribas trūkuma problēma, saka Andrea Krisanti, itāļu parazitologs un gēnu inženieris, kurš attīstīja kukaiņus Imperiālajā koledžā. Mēs lūdzam darīt to, ko nevaram izdarīt politiski vai ekonomiski.

Ne tikai palīdzība malārijas apkarošanā, bet arī dabas aizsardzības speciālisti domā, ka gēnu virzīšanas tehnoloģija varētu izglābt Havaju salās izzūdošos vietējos putnus (no putnu malārijas) vai atbrīvot Austrāliju no invazīviem, destruktīviem krupjiem, kas lēkā uz rietumiem visā kontinentā. Kāpēc ne arī likvidēt Aedes aegypti , odi izplata tropu drudzi un Zika Amerikā?

Vai kādai valstij, aģentūrai vai indivīdam ir tiesības mainīt dabu tā, lai tas varētu ietekmēt ikvienu?

Tehnoloģija rada riskus, par kuriem sabiedrībai nekad iepriekš nav bijis jārēķinās. Vai odu likvidēšana izjauktu ekosistēmas? Vai mēs riskējam ar ģenētisku epidēmiju, ja savtīgajai DNS pārspēj sugu barjeru, lai ietekmētu citus kukaiņus? Visvairāk mulsinoši: kurai valstij, aģentūrai vai indivīdam ir tiesības mainīt dabu tā, lai tas varētu ietekmēt visu pasauli? Tāpēc es ienīstu malārijas problēmu, saka Kevins Esvelts, MIT biologs, kurš ir brīdinājis par nepieredzētām dilemmām, ko radīs gēnu virzieni. Tas padara tehnoloģiju tik vilinošu izmantošanu.

Uz šiem jautājumiem drīzumā ir vajadzīgas atbildes. Tikai pirms 12 mēnešiem gēnu piedziņas tehnoloģija joprojām bija daudzsološa teorija. Vairs ne. Pateicoties jaunai gēnu rediģēšanas tehnikai CRISPR, notiek ātras darbības tehnikas attīstība. Imperial laboratorijā es caur mikroskopu aplūkoju nenobriedušu odu, ko sauc par lācēnu, kas ir šausmīgs radījums, kas izskatās pēc brīvdienu šķiņķa ar piestiprinātu omāra asti. Tās ķermenī es redzēju ugunīgus fluorescējošus plankumus, kur mākslīgi savtīgs gēns bija aizņemts, kopējot sevi. Potenciāli ekosistēmu mainošās pārvērtības dažus mēnešus ilgi vēlās laboratorijā veica 27 gadus vecs students, vārdā Endrjū Hamonds. Ir tik daudz lielisku veidu, kā tos izveidot, Hamonds priecājās. Ir tik daudz vienkāršu lietu, ko darīt.

Un tā ir tikai problēma. Amatpersonas ASV un citur uztraucas, ka tas varētu būt pārāk viegli. FIB pēta, vai gēnu diskus varētu ļaunprātīgi izmantot, piemēram, lai radītu dizaineru sērgu. Paredzams, ka šī gada maijā ASV Nacionālā Zinātņu akadēmija publicēs ieteikumus ekoloģisko un citu risku samazināšanai pirms jebkura lauka izmēģinājuma. Divdesmit septiņi pētnieki rakstīja Zinātne ar brīdinājumiem pret nejaušu gēnu vadītu organismu izplatīšanos, kas, viņuprāt, varētu graut sabiedrības uzticību. Citi ir teikuši, ka pētījumi ir jāklasificē, lai gan jau ir par vēlu.

Noniecinātas sugas

No 3500 odu sugām aptuveni 30 izplata malāriju, lai gan trīs gandrīz neatšķirami apakštipi. Anopheles gambiae nodara vislielāko postu Āfrikā. Moskītu mātītes kodums izplata plazmodija parazītu, kas cilvēkiem izraisa drudzi un drebuļus, eksplodējot sarkanās asins šūnas. Šie trīs odi ir tie, kurus Imperial vēlas iznīcināt, saka Krisanti, šūpodams brilles aiz gala un lecot no krēsla.

Krisanti atzīst, ka gēnu piedziņas tehnoloģija rada spriedzi. Palielināsies spiediens izmantot šo tehniku, ņemot vērā veselības un sociālos ieguvumus, ko malārijas izbeigšana varētu sniegt. No otras puses, vēl nav saskaņotu noteikumu vai procedūru, lai izstrādātu tehnoloģiju, kas spēj izplatīties savvaļas organismu vidū. Viņš saka, ka gēnu virzība ir pretrunīga par sugu iznīcināšanas potenciālu. Tātad jābūt skaidram ieguvumam.

Mērķa malārijas priekšpostenī Itālija, sieviete Anofelis odi paņem asins maltīti. Trīs dienas vēlāk viņi dēs olas.

Gēnu piedziņa ne vienmēr nolemtu šīs moskītu sugas izmiršanai. Var palikt odu kabatas vai arī tās varētu uzturēt laboratorijā, ja kāds vēlētos tos atvest. Taču izskaušana ir iespējams iznākums, saka Krisanti, it īpaši, ja gēnu virziena atbrīvošanās sakrīt ar tādiem apstākļiem kā sausums vai aukstums. Sugas, protams, nepārtraukti izzūd, bet es prātoju: vai ir ētiski tīši likvidēt kādu dabas daļu? Vai tu jautā darviniski vai teoloģiski? Krisanti atbildēja. Es domāju, ka tā ir sugu konkurence starp mums un odu. Un es nedomāju, ka sugai ir tiesības pastāvēt vai nepastāvēt. Viņš saka, ka sugām piemīt piemērotība — tās ir pielāgojušās, lai uzplauktu savā vides nišā. Sugām, kuras mēs ceram saglabāt, mēs varētu izmantot gēnu virzienus, lai pievienotu labvēlīgus gēnus, piemēram, tādus, kas nodrošina izturību pret slimībām. Sugām, kuras mēs nicinām, mēs varam pievienot tādas, kas padara tās nederīgas izdzīvošanai.

Egoistiskie gēni

Mērķa malāriju vada Ostins Bērts, Imperiālās koledžas evolūcijas teorētiķis, kura specialitāte ir savtīgi ģenētiskie elementi. Tie ir parazītu gēni, kas sastopami daudzās sugās un veido sevis papildu kopijas. (Vienam, ko sauca par P elementu, 20. gadsimtā pat izdevās iekļūt katras augļmušas genomā uz Zemes.) Bērtu interesēja īpašs savtīgs gēns, kas atrodas gļotu veidnēs, ko sauc par endonukleāzi. Tie atpazīst DNS ļoti precīzās vietās, un pēc tam, piedāvājot sevi kā labošanas veidni, var iemānīt šūnu, lai tās kopētu. Bērts secināja, ka šī procesa vienkāršība atstāja to atvērtu cilvēku samākslotībai, un 2003. gada rakstā viņš aprakstīja, kā to varētu pārvērst par dzēšanas ierīci.

Paradokss, kas Bērtam bija jāatrisina, ir tas, kā viņi varēja izplatīt kaut ko ļoti sliktu odi. Viena no atbildēm, viņš redzēja, bija savtīgs gēns, kas ir nekaitīgs, ja ir viena kopija, bet rada sterilitāti, ja ir divas kopijas. (Tāpat kā cilvēkiem, odiem ir divi hromosomu komplekti, pa vienam no katra vecāka.) Sākot ar odu tēviņu ar vienu eksemplāru, savtīgais gēns nodrošinās, ka tas nonāk katrā viņa spermā, nevis tikai pusē. Tādā veidā ikviens pēcnācējs ar savvaļas odu būs arī nēsātājs, tāpat kā visi viņu pēcnācēji. Rezultātā gēns izplatīsies cauri populācijai.

Galu galā kļūst iespējams, ka jebkurš pārošanās odu pāris būs gan nēsātājs, gan viņu pēcnācēji ar diviem eksemplāriem būs neauglīgi. Iedzīvotāji ātri sabruks, atpūšoties no ģenētiskās indes. Savā Bērta papīra kopijā es pasvītroju tā noslēguma teikumus: Skaidrs, ka šeit aprakstīto tehnoloģiju nedrīkst izmantot vieglprātīgi. Ņemot vērā dažu sugu radītās ciešanas, arī tās acīmredzami nav ignorējamas.

Bērts ir pensijā aizgājis kanādietis, kuru es atradu birojā, kas bija lielākoties tukšs, izņemot datoru. Viņš pasniedza tēju, ko neviens nedzēra, un atbildēja uz vairākiem maniem provokatīvākajiem formulējumiem par biotehnoloģijas milzīgo spēku, sakot: Hm, jā. Viņš uzticējās, ka ir mēģinājis patentēt savu ideju. Bet tas tika noraidīts, jo viņam tajā laikā bija maz eksperimentālu pierādījumu, lai pierādītu, ka tas varētu darboties. Es gribēju ticēt, ka esmu kaut ko izgudrojis, viņš saka.

Tajā laikā Crisanti laboratorija tikko noteica, kā veikt gēnu inženieriju Anofelis odi — priekšnoteikums, lai Bērta idejas darbotos. Viņi iesniedza pieteikumu Geitsa fondam, lai saņemtu finansējumu, un kopš tā laika Geitss ir iztērējis 44 miljonus dolāru projektam, kas ir līdz šim lielākā summa, kas iztērēta gēnu virzības pētījumiem.

Tomēr bija grūti izveidot savtīgu gēnu, kas darbotos, kā prognozēts Bērta datora ekrānā redzamajos vienādojumos. Krisanti komanda mēģināja pielāgot savtīgos gēnus no gļotu veidnēm, taču bija grūti panākt, lai tie izgrieztu ļoti atšķirīgus moskītu gēnus. Līdz 2011. gadam komandai bija daļējs prototips, taču nekas nevarēja plaši izplatīties savvaļā.

Pēc tam 2015. gada martā divi mušu biologi Kalifornijā, Ītans Bīrs un viņa students Valentīno Gancs, paziņoja, ka ir radījuši savtīgu gēnu, kas piepildīja Bērta pareģojumu. Tas izplatījās laboratorijas mušu populācijā, izraisot ģenētiskas izmaiņas, kuru rezultātā kukaiņi kļuva dzelteni. Tā vietā, lai cīnītos ar gļotu veidnēm, Bier un Gantz bija izmantojuši Cas9, DNS sagriešanas molekulu, kas kļuva slavena ar savu lomu gēnu rediģēšanas tehnoloģijā, ko sauc par CRISPR. Cas9 priekšrocība ir tā, ka to var viegli novirzīt, lai izgrieztu jebkuru jums tīkamu DNS secību. Tāpēc viņi pievienoja Cas9 augļu mušu genomam un norādīja, kur to sagriezt.

Tā ir sugu konkurence starp mums un odu.

Tas nozīmēja, ka ar CRISPR pat divu cilvēku komanda teorētiski varētu mainīt veselu sugu. Pagājušā gada decembrī gan Krisanti grupa, gan cita grupa, kuru vadīja Bīrs un moskītu eksperts Entonijs Džeimss, bija izmantojušas CRISPR, lai izveidotu gēnu virzienus, kas spēj izplatīt iezīmes caur moskītu populācijām būros un, iespējams, arī savvaļā.

Tā kā vairāk zinātnieku strādā pie gēnu piedziņas, nejaušas izlaišanas iespēja ir kļuvusi par bažām. Ja kāds no Bīra kukaiņiem būtu izbēdzis Kalifornijas augļu dārzos, tas visas mušas varētu kļūt dzeltenas. Augustā Bērts, Bīrs un vēl 25 citi uzrakstīja vēstuli Zinātne vienojoties par nepieciešamību pēc stingrām norobežošanas stratēģijām, lai izvairītos no ģenētiskas noplūdes, un aicinot zinātniekus atteikt lūgumus dalīties ar organismiem, ko viņi ir iesnieguši, līdz tiks izdomāti kaut kādi noteikumi.

Imperial moskītu laboratorija Londonā noteikti nav Fortknox, kur studenti nāk un dodas. Tā vietā galvenais drošības pasākums ir tā atrašanās vieta tālu no pašreizējā diapazona Anopheles gambiae . Jebkuri aizbēguši odi — skolēni tos sauc par lidotājiem —, iespējams, sausā gaisa un aukstuma dēļ kļūtu bezjēdzīgi, tiklīdz tie nonāktu laboratorijas gaiteņos. Un pat ja kāds kaut kā nobrauktu 200 jardus uz Karalienes zālienu, tas neatradīs nevienu citu odu, ar kuru pāroties. Odi, kurus es redzēju Londonā, katrā ziņā vēl nav gatavi atbrīvošanai. Viņi nav pārāk veselīgi — viņiem būtu grūti konkurēt un vairoties savvaļā. Un divos būros gēnu piedziņa, kas sākumā strauji izplatījās, sāka izzust pēc dažām odu paaudzēm. Iespējamais iemesls ir pretestība. Iespējams, ka vienam vai vairākiem odiem ir izveidojusies imunitāte pret dziņu, iespējams, nejaušas DNS mutācijas dēļ, un šo odu pēcnācēji ātri savairojās.

Mums ir jāatrisina dažas problēmas, taču skapī ir daudz triku, saka Tonijs Nolans, Krisanti laboratorijas zinātniskais leitnants. Viena ideja ir apvienot vairākus diskus, vienlaikus mērķējot uz trim dažādām DNS vietām. Odi galu galā var attīstīt izturību pret visiem trim, bet varbūt ne pirms tie visi ir miruši.

Uz monitora moskītu kāpurs spīd ar fluorescējošu pēdu.

Karaspēka izvietošana

Geitsa fonds ir iztērējis 36,7 miljardi ASV dolāru par izglītību, sabiedrības veselību un vakcīnām kopš tās pirmsākumiem 2000. gadā. Gēnu virzīšanai iztērētā daļa tikko reģistrē, tomēr tehnika ir ieguvusi īpašu pievilcību malārijas risināšanā, kas jau sen ir viens no Geitsa galvenajiem mērķiem. Ja jūs izgudrotu ideālu veidu, kā risināt problēmu jaunattīstības valstīs... tas būtu gēnu virziens, saka Fils Randaco, fonda direktora vietnieks.

Ja tas darbosies, tas būs neticami lēts, viegli izplatāms un egalitārs, no kā labumu gūs visi — gan bagātie, gan nabagie. Tas darbosies arī pēc izlaišanas, izvairoties no izplatītas problēmas: bieži vien slimības izskaušanas grūtākais posms ir beigu spēle, kad uzmanība aizklīst citur un tēriņi vienam gadījumam pieaug. Manā Randazzo aprakstītajā scenārijā odu spaiņi tiktu izlaisti ik pēc 50 kilometriem, sākot ķēdes reakciju, kas divu gadu laikā plūstu cauri mežiem, ganībām un pilsētām. Izdzīvojušo odu skaits sabruks līdz mazāk nekā 1 procentam no normālā līmeņa. Ar gultas tīklu un aerosolu palīdzību kodumi būtu minimāli, pārtraucot malārijas pārnešanas ciklu. Narkotiku ārstēšanas kampaņa varētu iztīrīt parazītu cilvēku rezervuāru — dažās Rietumāfrikas valstīs ir inficēti 25 procenti iedzīvotāju.

Geitsa fonds ir paziņojis, ka vairs netic, ka malāriju var iznīcināt bez gēnu piedziņas. Jūs nevarat staigāt ar gultas tīklu visu laiku. Tas nenovērsīs malāriju, saka Randazzo. Ar gēnu piedziņu cilvēka uzvedības maiņa nav nepieciešama.

Imperiālā komanda ir sākusi veidot matemātiskos ģeogrāfijas, klimata un citu faktoru modeļus, lai saprastu, kā gēnu piedziņa varētu darboties reālajā pasaulē. Burkinafaso zinātnieki ir izlaiduši Anofelis apliet ar fluorescējošiem putekļiem, lai tos izsekotu. Bērts saka, ka viņš uzskata, ka brauciens var izplatīties piecus līdz 20 kilometrus gadā no jebkuras izlaišanas vietas un ka mazāk nekā 500 odi varētu izraisīt reakciju.

Laboratorijas darbinieks veic DNS testus Polo d’Innovazione Genomica, Perudžā, Itālijā, kas ir daļa no laboratoriju tīkla, ko finansē Bils Geitss un kas pēta gēnu virzienus.

Daži zinātnieki man teica, ka viņi uzskata, ka malārijas projekts ir lemts. Ko darīt, ja slimību pārnēsā dažādi odi? Gajs Rīvss, Vācijas Maksa Planka institūta evolūcijas biologs, prognozē, ka galvenā problēma būs rezistenti kukaiņi, sakot, ka tie izraisīs tehnoloģiju izjukšanu. Mēs nevaram katru reizi meklēt jaunu, spīdīgu lietu, saka Rīvss, kurš uzskata, ka kukaiņi, kuru pamatā ir Bērta teorijas, nekad neizrādīsies pietiekami paredzami, lai tos varētu droši izmantot.

Šī gada martā aptuveni 75 politikas eksperti un zinātnieki, tostarp Bērts, piedalījās trīs dienu slēgtā simpozijā par gēnu virzieniem Ziemeļkarolīnā. Cilvēki, kas tur bija, saka, ka bija jūtamas bažas par ģenētisku izmaiņu iespējamību, kas var izplatīties plaši, pāri robežām. MIT pārstāvis Esvelts, kurš piedalījās, saka, ka malārijas idejas problēma ir tā, ka tā ietekmēs ikvienu Āfrikas iedzīvotāju, taču nebūs iespējams panākt, lai ikviens piekristu šai tehnoloģijai. Es domāju, ka Geitsam ir viss nodoms to virzīt uz priekšu, viņš saka. Un jautājums ir, kā to var izdarīt ētiski?

Randazzo saka, ka Geitsa organizācija ir apņēmusies nodot gēnu piedziņas tehnoloģiju Āfrikas iedzīvotājiem un ļaut viņiem izlemt. Centieni šajā virzienā ir krietni pavirzījušies uz priekšu. Sākot ar 2012. gadu, uzņēmums Target Malaria sāka izstrādāt zemes operācijas dažās Āfrikas valstīs, apmācot zinātniekus, pārkārtojot kukaiņu laboratorijas un nosūtot komandas, lai sniegtu informāciju vietējām kopienām.

Plāns atgādina militāru kampaņu, kas papildināta ar treniņiem, manevriem un tukšiem lādiņiem. Tas ietver ģenētiski modificētu odu, kuriem trūkst gēnu piedziņas, pakāpenisku ieviešanu. Lai gan tie nepalīdzēs malārijas gadījumā, vietējie zinātnieki var trenēties ar tiem un izveidot regulējošu ceļu reālajai lietai. Burkinafaso jau tiek izskatīts pieteikums par Āfrikas pirmo ģenētiski modificēto odu importu.

Odu turēšanai mācībām izmanto mazus būrīšus ar tīklu.

Taču īstie gēnu vadītie kukaiņi paliks Eiropā, līdz Āfrikas valstis pieņems tehnoloģiju un tās sekas. Iemesls ir tāds, ka tropiskā vietā, atšķirībā no Londonas, laboratorijas negadījums, kas ļauj odiem aizbēgt, var radīt neatgriezeniskas sekas. Mēs tos neimportēsim uz Āfriku, kamēr tas netiks pieņemts, jo mēs nedomājam, ka mēs varētu 100% garantēt, ka tie tiks ierobežoti, saka Delfīna Tizī, politoloģe, kas pārvalda Target Malaria saderināšanās komandas.

Vai cilvēki Āfrikā vēlēsies šo tehnoloģiju? Es runāju ar Kenijas entomologu Ričardu Mukabanu, kurš strādāja pie kampaņas uz zemes Viktorijas ezera apkārtnē. Izmantojot plakātus un diagrammas, komandas apmeklēja lauku apvidus, lai izskaidrotu šo ideju, bieži vien cilvēkiem, kas ir analfabēti. Vienā karikatūrā, ko izmantoja, lai nodotu notiekošo, redzams, kā blonds zinātnieks tur moskītu būru blakus Lielbritānijas karogam. Pamatdarba mērķis ir izveidot sociālo licenci darbībai — tāda veida līgumu, saka Mukabana, kas nav pierakstīts vai piestiprināts pie sienas, bet tam būs jāpastāv, ja kādreiz tiks atbrīvots gēnu virziens.

Pat lielākā daļa zinātnieku vēl nezina, kas ir gēnu piedziņa vai kā tas darbojas. Un aprakstīt to cilvēkiem Luo dialektā (valoda, kurā runāja prezidenta Obamas tēvs) ir sarežģīti, jo šajā valodā trūkst vārda DNS. Mukabana aizņēmās vārdus no angļu un svahili valodas un izmantoja asinis kā sinonīmu gēniem.

Mukabana man teica, ka cilvēki kopienās, kur bērni mirst no malārijas, dzird, ka slimību var novērst, viņi to atbalsta. Un, ja Viktorijas ezera apkārtnē ir odu aizstāvis, viņš tādu nesastapa. Viņš saka, ka cilvēki netraucēs ar odi izmiršanu.

paslēpties